On the electromagnetic shielding properties of carbon fiber materials

Introduction. Due to the good electrical and thermal properties of carbon, carbon-based materials represent a major trend is various applications, including electromagnetic compatibility. Among carbon-based materials, graphite-impregnated woven fabrics represent a new trend in the field of electromagnetic shielding, with the perspective of being used for protective clothing. The novelty of the proposed work consists in the exhaustive comparative analysis of various carbon-based sample shields by employing both simulation and experimental methods. The selected configurations included a simple graphite plate, a graphite powder strip network, and a graphite-impregnated fabric with 2´2 twill weave. Purpose. The main scope of the analysis is to prove the efficiency of the graphite-impregnated twill woven fabric in the field of electromagnetic shielding. Methods. Two main research methods were employed: simulation and experiment, both following the same protocol: the shield placed in the middle, with the excitation (transmitting antenna) on one side and the measurement / receiving antenna on the other. The experimental stage was thorough, being performed in two different laboratories and by applying the double transverse electromagnetic (TEM) cell method and the shielded box method. Results. A significant difference yielded from the comparison of the simulation and experimental results for the shielding effectiveness, probably due to the fact that the virtual model is an idealized version of the physical one, not taking into account its imperfections. The virtual analysis yielded the graphite plate shield as the most efficient, followed closely by the twill fabric. The graphite strip network had significantly poorer performance compared to the other two shields, probably due to the electrical contact imperfections between the graphite strips and the optical transparency of the shield. The main focus of the analysis was the twill woven graphite-impregnated fabric; therefore, its shielding effectiveness was determined through simulation and experiment. The experimental analysis was performed in two stages in two different electromagnetic compatibility laboratories, by employing the double TEM cell method and the shielded box method, respectively, both methods providing similar results and classifying the shielding performance as good. Practical value. The paper provides an accurate analysis of the graphite-impregnated 2´2 twill woven fabric in terms of electromagnetic shielding effectiveness, by employing both simulation and experimental methods, and comparing its performance to the one other graphite-based shields.Вступ. Завдяки хорошим електричним і тепловим властивостям вуглецю, вуглецевмісні матеріали являють собою основні напрямки у різних застосуваннях, у тому числі в області електромагнітної сумісності, завдяки хорошим екрануючим властивостям. Серед матеріалів на основі вуглецю просочені графітом тканини є новою тенденцією в області електромагнітного екранування з перспективою використання для захисного одягу. Новизна запропонованої роботи полягає у вичерпному порівняльному аналізі різних зразків екранів на основі вуглецю з використанням як моделювання, так і експериментального методів. Вибрані конфігурації включали просту графітову пластину, сітку зі смуг з графітового порошку і просочену графітом тканину з переплетенням саржею 2´2. Ціль. Основною метою аналізу є доказ ефективності саржевого полотна, просоченого графітом, у галузі електромагнітного екранування. Методи. Використовувалися два основних методи дослідження: моделювання та експеримент, обидва слідували одному й тому ж протоколу: екран розташовувався посередині, з збуджуванням (передаючою антеною) з одного боку і вимірювальною/приймальною антеною з іншого. Експериментальний етап був ретельним і проводився у двох різних лабораторіях із застосуванням методу подвійної поперечної електромагнітної (ПЕМ) комірки та методу екранованої скриньки. Результати. Порівняння результатів моделювання та експериментів стосовно ефективності екранування демонструє суттєву відмінність, ймовірно, через те, що віртуальна модель є ідеалізованою версією фізичної, не враховуючи її недосконалості. Віртуальний аналіз показав, що екран із графітових пластин є найбільш ефективним, за ним близько слідує саржева тканина. Мережа з графітових смуг мала значно гірші характеристики порівняно з двома іншими екранами, ймовірно, через недосконалість електричного контакту між графітовими смужками та оптичною прозорістю екрана. Основним предметом аналізу була тканина саржевого переплетення, просочена графітом; тому її ефективність екранування визначалася шляхом моделювання та експерименту. Експериментальний аналіз був виконаний у два етапи у двох різних лабораторіях електромагнітної сумісності з використанням методу подвійної ПЕМ комірки та методу екранованої скриньки, відповідно, обидва методи дали аналогічні результати та визначили характеристики екранування як хороші. Практична цінність. У статті наведено точний аналіз просоченої графітом саржевої тканини 2´2 з точки зору ефективності електромагнітного екранування з використанням як моделювання, так і експериментальних методів, а також порівняння її характеристик з іншими екранами на основі графіту

Chaotic wave functions and exponential convergence of low-lying energy eigenvalues

We suggest that low-lying eigenvalues of realistic quantum many-body hamiltonians, given, as in the nuclear shell model, by large matrices, can be calculated, instead of the full diagonalization, by the diagonalization of small truncated matrices with the exponential extrapolation of the results. We show numerical data confirming this conjecture. We argue that the exponential convergence in an appropriate basis may be a generic feature of complicated ("chaotic") systems where the wave functions are localized in this basis.Comment: 4 figure

Nano-Hall sensors with granular Co-C

We analyzed the performance of Hall sensors with different Co-C ratios, deposited directly in nano-structured form, using $Co_2(CO)_8$ gas molecules, by focused electron or ion beam induced deposition. Due to the enhanced inter-grain scattering in these granular wires, the Extraordinary Hall Effect can be increased by two orders of magnitude with respect to pure Co, up to a current sensitivity of $1 \Omega/T$. We show that the best magnetic field resolution at room temperature is obtained for Co ratios between 60% and 70% and is better than $1 \mu T/Hz^{1/2}$. For an active area of the sensor of $200 \times 200 nm^2$, the room temperature magnetic flux resolution is $\phi_{min} = 2\times10^{-5}\phi_0$, in the thermal noise frequency range, i.e. above 100 kHz.Comment: 5 pages, 4 figure

Symmetries of the Dirac operators associated with covariantly constant Killing-Yano tensors

The continuous and discrete symmetries of the Dirac-type operators produced by particular Killing-Yano tensors are studied in manifolds of arbitrary dimensions. The Killing-Yano tensors considered are covariantly constant and realize certain square roots of the metric tensor. Such a Killing-Yano tensor produces simultaneously a Dirac-type operator and the generator of a one-parameter Lie group connecting this operator with the standard Dirac one. The Dirac operators are related among themselves through continuous or discrete transformations. It is shown that the groups of the continuous symmetry can be only U(1) and SU(2), specific to (hyper-)Kahler spaces, but arising even in cases when the requirements for these special geometries are not fulfilled. The discrete symmetries are also studied obtaining the discrete groups Z_4 and Q. The briefly presented examples are the Euclidean Taub-NUT space and the Minkowski spacetime.Comment: 27 pages, latex, no figures, final version to be published in Class. Quantum Gravit

Compressive properties of pristine and SiC-Te-added MgB 2 powders, green compacts and spark-plasma-sintered bulks

Pristine and (SiC+Te)-added MgB2 powders, green and spark plasma sintered (SPS) compacts were investigated from the viewpoint of quasi-static and dynamic (Split-Hopkinson Pressure Bar, SHPB) compressive mechanical properties The amount of the additive (SiC+Te) was selected to be the optimum one for maximization of the superconducting functional parameters. Pristine and added MgB2 show very similar compressive parameters (tan δ, fracture strength, Vickers hardness, others) and fragment size in the SHPB test. However, for the bulk SPSed samples the ratio of intergranular to transgranular fracturing changes, the first one being stronger in the added sample. This is reflected in the quasi-static KIC that is higher for the added sample. Despite this result, sintered samples are brittle and have roughly similar fragmentation behavior as for brittle engineering ceramics. In the fragmentation process, the composite nature of our samples should be considered with a special focus on MgB2 blocks (colonies) that show the major contribution to fracturing. The Glenn-Chudnovsky model of fracturing under dynamic load provides the closest values to our experimental fragment size data